架空蒸汽保溫管道的重大保溫性能缺陷

發布日期:2020-04-09
摘要:

   隨大機組進行長距離區域集中供熱日益成為解決工業和居民日益增長的用熱需求的主要途徑,熱力蒸汽保溫管道在我們的生產生活中越發重要。但我們發現長期使用的熱力蒸汽保溫管道的溫降和壓降會變得非常明顯,往往比剛剛建成投用時的效果相差巨大,這是為什么呢?下面我們來一探究竟吧。

   熱力蒸汽管道主要依靠保溫材料包裹在鋼管外壁形成嚴密的保溫層來防止熱力輸送過程中的熱量損失,而一般保溫層使用的大多為高溫玻璃棉、硅酸鋁棉氈或巖棉等軟質保溫材料。我們發現蒸汽保溫管中的保溫材料隨著使用年份的增長,保溫層會因為重力等原因導致保溫材料偏心沉降造成空氣夾層,這會對保溫的效果造成較大影響。

   我們通過保溫性能與導熱系數的測量,數值分析模型等方式及應用單一變量法對產生保溫層偏心、鏤空與材料惡化的一條已投運使用14年的舊保溫管道進行測量,使用全新的同型號保溫材料進行替換對比溫差,同時結合導熱系數測試和數值模擬的手段研究舊保溫層受到的性能影響程度。

圖11.png

   首先,我們對熱力蒸汽保溫管道的保溫性能采用對比溫差法進行比較分析。如圖1所示,在選定的熱力管道上,選取兩段長度約1.5m的相鄰保溫管道,其中一段保持原有的保溫材料不變,另一端更換新的同種保溫材料。同時在兩段保溫層的中間位置的表面分別正交布置4根T型熱電偶,測得外表面各點溫度,并計算平均溫度。并且在更換保溫材料段管道表面上下對稱布置兩根T型熱電偶,測得熱力管道壁面平均溫度。

二、導熱系數測量

   通過對現場新、舊保溫材料(在役14年玻璃棉)進行采樣,如圖2所示,使用Hot Disk熱常數分析儀對采集的玻璃棉樣品在室溫(25±3℃)100±2℃200±2℃下進行導熱系數測試。測試均重復3次以保證準確。

三、數值分析模型

圖11.png

   根據實際測量的幾何尺寸,利用ICEM進行二維幾何結構建模并生成網格,并利用Fluent 15.0對其散熱過程進行數值模擬。在數值模擬中,根據新、舊保溫材料的不同及偏心、鏤空的存在與否,如圖3所示,模擬計算了以下4個算例:

a)采用新保溫材料無偏心與無鏤空的保溫層

b)采用舊保溫材料無偏心與無鏤空的保溫層

c)采用舊保溫材料有偏心與無鏤空的保溫層

d)采用舊保溫材料有偏心又有鏤空的保溫層

圖11.png

四、分析

   經過測試與計算,分析后發現,相較于新保溫層,舊保溫層的散熱損失增大了65%,導熱系數的提高、偏心沉降與鏤空結構分別使得保溫層的散熱損失增大了44%,9%與12%,保溫材料導熱系數、偏心和鏤空結構對選定熱力管道保溫性能惡化所占比重分別為67.7%,13.8%和18.5%,導熱系數是熱力管道保溫性能重要影響因素。

五、結論

    我們通過結合現場實測、導熱系數測試與數值模擬分析等手段研究了長時間使用后保溫層保溫性能的惡化情況,以及保溫材料導熱系數的提高、保溫層偏心沉降與鏤空等結構變異對保溫性能的影響程度,可以得出以下結論:

   1、舊(14年)玻璃棉的導熱系數高出新玻璃棉約52%。導熱系數提高對選定熱力管道保溫惡化的影響占比為67.7%,是造成保溫性能下降的主要原因。

   2、沉降與鏤空對選定熱力管道保溫惡化的影響占比分別為13.8%與18.5%,是造成保溫性能下降的次要原因。

   3、傳統架空蒸汽保溫管道的性能缺陷是因保溫材料老化和保溫層形變形導致的,在不改變保溫材料和保溫結構的前提下,很難避免。

   目前行業中已經有成熟的預制架空蒸汽保溫管道產品,結合新型保溫材料和保溫結構很好地解決了以上這些問題,是熱力蒸汽保溫管道的一個優秀解決方案。


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